スパイラルコイル曲げとは何ですか?

スパイラルコイル曲げ は、ガイド ローラー、調整ローラー、および精密制御システムを使用して、チューブ (通常は銅または鋼) を連続螺旋または多巻きコイル構造に成形する特殊な金属成形プロセスです。 その結果、HVAC システム、産業用熱交換器、ファン コイル ユニットなどのコア熱交換要素として使用される、コンパクトで表面積の大きいコイル (一般にスパイラル チューブまたはコイル チューブと呼ばれます) が誕生しました。この加工は、ピッチ、外径、曲げ角度、コイルの長さを一度の連続操作で制御できる専用のスパイラルコイル曲げ機で実行されます。

単純なチューブの曲げとは異なり、スパイラル コイルの曲げには正確な多軸調整が必要です。肉厚が薄くなる、楕円形になる、ピッチが不規則になるなど、不適切に曲げられたチューブは、熱性能が低下したり、圧力サイクル下で故障したりすることがあります。そのため、熱交換器コンポーネントを指定するエンジニアやコイル曲げ装置を調達する調達管理者にとって、このプロセスの基本を理解することが不可欠です。

スパイラルコイルの曲げのしくみ: 中心となるメカニズム

スパイラル コイル曲げ機は、一連の成形ステーションに真っ直ぐなチューブを供給します。各ステーションは特定の役割を果たします。

• フィードローラー — 制御された速度でチューブを前進させます。
• ガイドローラー — チューブを拘束し、曲げ平面を定義します。
• ベンディングローラー — 半径方向の力を加えて、目的のコイル直径を作成します。
• ピッチ調整機構 — チューブを軸方向に段階的に移動させて、巻き間の螺旋間隔 (ピッチ) を生成します。

最新の CNC 制御スパイラル コイル ベンディング マシンは、複数のコイル プログラムを保存し、それらを自動的に切り替えることができます。プログラミング中に設定される主なパラメータは次のとおりです。

• コイル外径(OD) — 通常、用途に応じて 50 mm から 600 mm 以上の範囲になります。
• ピッチ — 隣接するターン間の軸方向の距離。シェル側の流速と圧力損失に影響します。
• ターン数 — チューブの全長、つまり総熱交換面積が決まります。
• チューブの外径と肉厚 — 外径 6 mm ～ 32 mm の銅管が一般的です。外径 50 mm までの鋼管は、より重い機械で加工されます。

曲げ半径比 (BRR = コイル半径 / チューブ外径) は重要な品質指標です。 BRR が 3 未満の場合、外側の円弧の壁が過度に薄くなり、内側の円弧にしわが寄る危険があります。ほとんどの熱交換器仕様では、繰り返される熱サイクル下でも構造的完全性を維持するために 4 以上の BRR が必要です。

スパイラルコイル曲げの主な用途

1. 熱交換器の製造

スパイラル コイル曲げの主な用途は、ヘリカル コイル熱交換器の製造です。直管シェルアンドチューブ設計と比較して、スパイラルコイルは次のような利点を提供します。 シェル体積あたりの伝熱面積が 30 ～ 50% 増加 曲率によって生成される二次流れ (ディーン渦) 効果によるものです。この渦は境界層を継続的に破壊し、チューブの長さやポンプエネルギーを増加させることなく熱伝達係数を増加させます。

スパイラルコイルの曲げに依存する一般的な熱交換器のタイプには次のものがあります。

• 空気から水への熱交換器 — HVAC エア ハンドリング ユニット (AHU) および屋上機器で使用されます。
• 蒸気から水への熱交換器 — 蒸気がシェル側で凝縮し、コイル内の家庭用温水を加熱する地域暖房変電所で一般的です。
• 浸漬コイルヒーター — プロセス流体、溶剤、または間接加熱用の水が入ったタンクに浸漬します。
• 廃熱回収コイル — 煙道ガスダクトまたは排気流に設置され、他の方法では失われる熱エネルギーを回収します。
• 冷凍蒸発器および凝縮器コイル — 冷蔵キャビネット、冷蔵室、冷却装置の形状に合わせて曲げられます。

2. セントラル空調のファンコイルユニット

ファン コイル ユニット (FCU) は、最も普及している HVAC 端末デバイスの 1 つです。小型の遠心ファンまたは軸流ファンと、冷水 (冷却用) または温水 (加熱用) が循環する熱交換コイルで構成されます。コイルの曲げによって生成されるスパイラルまたは蛇行コイルは、FCU の熱の中心です。

一般的な商業ビルの FCU では次のようになります。

• 冷水は約 30 ℃でコイルに入ります。 7℃ そしておよそで出発します 12℃ .
• 室内空気はコイル表面を通過し、熱と湿気を冷水流に失います。
• コイルのフィン付き銅管構造 - 銅管が最初に螺旋状に曲げられ、次にフィンが積み重ねられる - により、 3列または4列コイル コンパクトなカセット形式で 0.5 kW から 10 kW 以上の冷却能力を実現します。

3. 産業用パイプラインのレイアウトと計装

プロセスプラント、発電所、造船所では、配管システムには計器チューブ、感知ライン、油圧チューブ、構造部材や機器の周りを移動する必要がある小口径プロセスラインが含まれます。スパイラル コイル ベンディング マシンを使用すると、製造業者は単一の自動化されたパスで拡張ループ、感知コイル (ピグテール)、および事前成形された計装アセンブリを製造できるため、複数のフィッティングを排除し、リーク ポイントのリスクを軽減できます。

たとえば、センシング コイル (ピグテール サイフォンとも呼ばれる) は、 外径12mmのステンレスチューブ コイル径約50mmに螺旋状に曲げられ、圧力伝送器の上流に設置され、高温蒸気から圧力伝送器を保護します。これはスパイラルコイル曲げの直接の製品です。

4. 太陽熱・地熱エネルギーシステム

太陽熱収集器では、熱伝達流体を運ぶために、銅製のスパイラルコイルが吸収板に埋め込まれるか、吸収板に接着されます。地熱地下熱源ヒートポンプ システムでは、スパイラル コイル曲げ機が浅いトレンチに配置されるコンパクトな水平方向の「リンク状」コイルを製造し、 熱交換面積の最大 3 倍 トレンチの直線メートルあたりの直管の本数 - 大幅な土地面積の節約になります。

主要なパフォーマンスパラメータ: 比較

以下の表は、同じシェル側の役割について直管とスパイラル コイルの構成を比較したもので、コンパクトな熱交換器設計においてスパイラル コイルの曲げが多くの場合好まれる理由を示しています。

スパイラルコイル曲げ加工品

チューブ材料の選択は、曲げプロセスのパラメーターと最終コイルの耐用年数の両方に大きな影響を与えます。最も一般的に加工される材料は次のとおりです。

• 銅（C11000、C12200） — HVAC および冷凍コイルに最も一般的な材料。熱伝導率が高いので（ 385～400W/m・K ）、優れた成形性、耐食性を備えており、理想的です。銅管は、適切にアニールすると、しわが寄ることなく、BRR 値 3 まで曲げることができます。
• 炭素鋼 — 産業用熱交換器、ボイラー、圧力容器コイルに使用されます。肉薄化の制御は銅の場合よりも重要です。シームレス炭素鋼管の最小 BRR は通常 5 ～ 6 です。
• ステンレス鋼(304、316L) — 腐食性流体業務、食品および飲料、医薬品用途に選択されています。曲げ中の加工硬化には、より高い曲げ力と慎重なスプリングバック補正が必要です。
• アルミニウム — 自動車および HVAC 用途の軽量熱交換器に使用されます。アルミニウムは密度が低く、適度な導電性（ 160～205W/m・K ) 空冷コイルに適しています。
• チタン — 海水および攻撃的な化学環境向け。チタンの強度対重量比は例外的ですが、そのスプリングバックには、曲げ機械のコントローラーに高度な CNC 補正アルゴリズムが必要です。

スパイラルコイルベンディングマシンの種類

市場では、それぞれ異なる生産状況に適したいくつかのマシン構成が提供されています。

手動および半自動コイルベンダー

小規模な工場や試作品の製作に適しています。オペレーターはローラーの位置を手動で調整し、ピッチを目で監視します。出力品質はオペレータのスキルに大きく依存します。バッチの一貫性は以下によって異なります。 ±2～3mm 生産工程全体にわたるコイル直径の変化。小規模な HVAC 修理工場の単純な銅コイルに適しています。

CNCスパイラルコイルベンディングマシン

現代の生産の標準。 CNC マシンは数十のコイル プログラムを保存し、それらを高い再現性で実行します。 ±0.1mm コイルの直径と ±0.5mm ピッチ上で。サーボ駆動の送り軸と曲げ軸により、迅速な切り替えが可能になります。通常、異なるコイル仕様の場合は 15 分未満です。これらの機械は、ファン コイル ユニット、熱交換器、冷凍蒸発器を月に数百ユニット以上生産する工場で標準装備されています。

マルチヘッド複合加工ライン

高スループットのアプリケーションでは、スパイラル コイルの曲げとインライン操作 (チューブの矯正、所定の長さの切断、端部成形 (フレア、ビーディング、スエージング)、および自動スタッキング) を組み合わせます。完全に統合されたラインにより、完成した検査済みのコイルを毎晩生産できます。 30～90秒 、大量の HVAC コンポーネント サプライヤーの完全自動製造を可能にします。

耐久性の高い工業用コイルベンダー

圧力容器、ボイラーヘッダー、化学プラントのコイルに使用される厚肉鋼管またはステンレス鋼管用に設計されています。これらの機械は、剛性フレーム、高トルク油圧ドライブ、およびチューブを局所的に予熱して曲げ応力を軽減し、最大 100 mm 以上のチューブ外径の薄肉化を最小限に抑える誘導加熱システムを備えています。

スパイラルコイル曲げの品質管理

適切に曲げられたスパイラル コイルは、寸法基準と冶金基準の両方を満たさなければなりません。プロのコイル曲げ作業では、次の品質チェックが標準です。

1. コイルの外径と内径の測定 — 初回および運転中に定期的に、校正済みのゴー/ノーゴー ゲージまたはデジタル ノギスを使用して検証します。許容差は通常、 公称ODの±1% 熱交換器コイル用。
2. ピッチ uniformity — すべてのターンにわたって測定。 ±1 mm を超える変動は、シェル側で不均一な流量分布やホットスポットを引き起こす可能性があります。
3. 楕円性チェック — チューブの曲げ部分の断面が真円から大きく逸脱してはなりません。 8% (電力配管については ASME B31.1 に準拠)。過度の楕円率は圧力損失を増大させ、疲労亀裂を引き起こす可能性があります。
4. 肉厚測定 — 最初、中間、最後のターンの外側円弧で超音波厚さを測定し、壁の薄化が設計許容値を超えていないことを確認します（通常は 圧力容器用 12.5% ASME による）。
5. 静水圧または空気圧試験 — 完成したコイルは加圧されます。 1.5×設計圧力 発送前に漏れのないことを確認するために、規定の時間保持されます。
6. 目視および染料浸透検査 — ステンレスおよびチタンのコイルの場合、加工硬化によって生じた表面亀裂は液体浸透試験 (PT) でチェックされます。

スパイラルコイル曲げと他のチューブ成形プロセスの比較

適切な装置と技術を選択するには、スパイラル コイル曲げを関連プロセスと区別することが役立ちます。

スパイラル コイルを指定する場合の設計上の考慮事項

熱交換器または HVAC アプリケーション用のスパイラル コイルを指定するエンジニアと調達チームは、設計プロセスの早い段階で次のパラメータに取り組む必要があります。

• 熱負荷(kW)とLMTD — 必要な熱伝達面積、したがって巻き数とコイル直径を決定します。
• 使用圧力と温度 — チューブの材質、壁の厚さ、コイルが ASME、EN 13480、またはその他の圧力規格に準拠する必要があるかどうかを決定します。
• 流体の適合性 — 冷媒、塩水、攻撃的な化学薬品には、銅ではなくステンレス鋼やチタンが必要な場合があります。
• 許容圧力損失 — コイルがきつく（ピッチが小さく）なると、シェル側の速度と圧力降下が増加します。ピッチはポンピングエネルギーコストとバランスがとれていなければなりません。
• 物理的エンベロープ — コイルの外径と長さは、利用可能なシェルまたはダクト内に収まる必要があります。スパイラルコイルの曲げにより、カスタムコイル形状を非標準の容器寸法に適合させることができます。
• 接続タイプ — コイルエンドには、フレアフィッティング、ろう付けカップリング、ねじ接続、またはフランジ付きヘッダーが必要な場合があります。これらは、コイル曲げサプライヤーが同じ製造シーケンスの一部として形成する必要があります。

スパイラルコイル曲げに関連する業界標準と規格

圧力ベアリング装置で使用されるスパイラル コイルは、適用される規格に準拠する必要があります。最も頻繁に参照される標準には次のものがあります。

• ASME BPVC セクション VIII 部門1 — 未燃焼の圧力容器の設計を管理します。曲げ部における最大許容肉薄化に関する規則 (公称壁の 12.5%) が含まれます。
• ASME B31.1 / B31.3 — 動力配管およびプロセス配管規格。楕円度と肉厚の薄さに関する曲げ品質の許容基準を指定します。
• EN 13480 — 金属工業用配管の欧州規格。同等の曲げ品質要件が含まれます。
• ASTM B280 / EN 12735 — 空調および冷凍用の銅管仕様。コイル曲げの設定に影響を与える寸法公差を定義します。
• ISO9001 — 信頼できるコイル曲げ機械メーカーおよびコイル製造業者がベースライン認証として保持している品質管理システム要件。

ギプフェル: 世界市場向けのカスタム スパイラル コイル曲げソリューション

適切なスパイラル コイル ベンディング マシン、または適切な OEM コイル ベンディング パートナーを選択することは、プロセス自体を理解することと同じくらい重要です。 Gipfel は、チューブ加工装置と自動化ソリューションを専門とするハイテク企業であり、研究開発、製造、販売、サービスを 1 つの屋根の下に統合しています。

マルチメディア デモンストレーション センターによってサポートされる高度な生産施設を運営する Gipfel は、大型 CNC マシニング センター、ガントリー マシニング センター、高精度試験装置を備えています。これらのインフラストラクチャは、製造されるすべてのスパイラル コイル ベンディング マシンの寸法安定性と機械的精度を直接保証します。

専用として カスタムスパイラルコイル曲げサプライヤー そして OEM/ODMスパイラルコイル曲げ会社 , ギプフェルは次の原則を支持しています。 「品質は企業の基盤であり、イノベーションは企業の成長の源です。」 この哲学は以下を通じて実現されます。

• 厳格なプロセス管理 — すべての機械は出荷前にフルパラメータの校正とランオフテストを受けます。
• 継続的な技術革新 — Gipfel の研究開発チームは、スプリングバック補償、複数材料の柔軟性、自動生産ラインとの統合に対処する高度な CNC 制御アルゴリズムを開発しています。
• カスタマイズされたインテリジェントなソリューション — OEM および ODM の顧客は、特定のチューブ直径範囲、コイル形状要件、生産スループット目標に合わせて設計された機械を受け取ります。
• グローバル競争力 — Gipfel のソリューションは、HVAC 製造、熱交換器製造、産業用配管製造の顧客が、要求の厳しい国際市場において技術とコストの優位性を維持するのに役立ちます。

スタンドアロンの CNC スパイラル コイル ベンディング マシン、完全に統合されたチューブ加工ライン、またはターンキー OEM コイル供給手配のいずれを調達する場合でも、Gipfel はエンジニアリングの専門知識、製造能力、アフターサービス インフラストラクチャを提供して、コンセプトから試運転までプロジェクトをサポートします。

スパイラルコイル曲げに関するよくある質問

スパイラルコイルベンディングマシンはどのくらいの管径範囲に対応できますか?

ほとんどの汎用 CNC スパイラル コイル ベンディング マシンは、銅または鋼管を加工します。 外径6mm～外径50mm 。ヘビーデューティモデルは、産業用圧力容器コイルのこの範囲を外径 100 mm 以上に拡張します。医療機器や実験室用熱交換器で使用される外径 4 mm 未満のマイクロチューブ コイル用にカスタム機械を構築できます。

スパイラルコイル曲げにはマンドレルが必要ですか?

薄肉チューブ (チューブ外径の約 5% 未満の壁厚) の場合は、曲げ中にチューブが内側に潰れるのを防ぐために、内部マンドレルまたはプラグを使用することをお勧めします。ほとんどの HVAC 銅管 (壁 0.5 ～ 1.0 mm、外径 9.52 ～ 19.05 mm) は、BRR を 4 以上に維持することでマンドレルなしで曲げられます。壁が厚い工業用チューブは通常、マンドレルを必要としません。

高速生産においてピッチの一貫性はどのように維持されるのでしょうか?

CNC 機械では、ピッチ軸は、閉ループ制御を介して送り軸と同期したサーボ モーターによって駆動されます。両方の軸からのエンコーダーのフィードバックがリアルタイムで比較され、コントローラーは 1 秒あたり数百回の速度で微調整を行います。このアプローチにより、ピッチの均一性が維持されます。 ±0.3mm 生産速度であっても 8～15m/分 .

コイルベンディングマシンとフィンアンドチューブ組立ラインの違いは何ですか?

スパイラルコイル曲げ機は裸管をらせん状に成形します。フィンアンドチューブ組立ラインは、アルミニウムまたは銅のフィンがストレートまたはヘアピン チューブ上に積み重ねられ、機械的に拡張される下流プロセスです。これらは補完的ですが別個のプロセスです。浸漬ヒーターやシェルアンドコイル熱交換器のスパイラル コイルは通常、フィンなしで使用されます。ファン コイルとエア ハンドラー コイルはフィンを使用しますが、通常はらせん状ではなく蛇状です。